基于形状记忆合金的太阳帆板的变结构控制

以挠性航天器的太阳帆板为研究对象,在建立挠性系统动力学模型的基础上,采用滑模变结构控制策略进行挠性航天器的太阳帆板的振动控制,同时在帆板上植入SMA丝形成驱动器,并采用经典线性最优控制算法控制SMA驱动器.仿真结果表明,这样的控制规律能有效地抑制帆板的振动.     

航天器主动振动反馈全物理仿真试验研究

以具有大面积太阳帆板的挠性航天器为工程背景,以挠性航天器全物理仿真系统为实验平台,提出了主动引入挠性振动信息的航天器振动抑制控制方案.建立了挠性帆板顶端加速度计的测量模型,设计了自适应滤波器进行加速度计数据处理,并将该挠性振动加速度引入航天器姿态控制,进行了大角度机动全物理仿真试验.中心刚体进行25°大角度机动,机动过程平稳,机动结束后姿态指向精度达到0.01°,帆板顶端加速度在0.15 m/s2以内,一阶振型的振幅为0.015 m/s2.全物理仿真试验验证了基于振动加速度反馈的控制方案能够有效地抑制挠性振动.系统仅在挠性帆板顶端增加了一个微型加速度计,结构简单,控制方案可用于实时控制.     

刚柔耦合系统的振动主动控制

针对航天器是一种通过柔性关节连接浮动中心刚体和挠性附件(如卫星太阳帆板,空间机器人等)组成的刚柔耦合复杂系统,在调姿或者外部扰动带来振动时,将影响系统的稳定度和指向精度,基于模态理论,建立包括柔性关节和柔性链的刚柔耦合结构动力学模型并写成状态空间表达形式,且分析系统的能控性。提出采用复合正位反馈(Positive position feedback,PPF)和比例微分(Proportional derivative,PD)控制律抑制柔性结构振动,在理论上分析其稳定性和控制性能。设计并建立刚柔耦合结构试验平台,进行包括位置设定点及转动振动主动控制研究。试验比较研究结果验证提出方案能够快速地抑制振动。     

基于特征模型的压电悬臂板振动控制

航天器上悬臂板型挠性附件在扰动作用下将引起包括弯曲和扭转模态的振动,这将影响系统的稳定性和控制精度,尤其是在平衡点附近低频模态频率上的小幅值残余振动很难快速抑制。为了快速抑制压电智能挠性悬臂板系统,包括弯曲和扭转模态的振动,提出采用基于特征模型的非线性黄金分割自适应控制,组合非线性切换逻辑积分阻尼器算法。首先,优化配置压电传感器和驱动器实现了悬臂板的弯曲和扭转模态在检测和驱动上的解耦;其次,设计并建立压电挠性悬臂板试验平台,进行试验模态辨识并获得了悬臂板系统弯曲和扭转振动的模态频率和频响特性;最后,进行压电智能悬臂板的弯曲和扭转振动模态主动振动几种方法试验的比较研究。试验结果表明,采用的控制方法能够快速地抑制压电智能挠性悬臂板的振动。     

基于加速度反馈的挠性智能结构振动主动控制

空间柔性机器人和航天器挠性附件在转动调姿时或者外部扰动带来的振动问题,尤其是在平衡点小幅值的模态频率上的振动很难控制,这将影响系统的稳定性和指向精度.为解决该问题,提出一种基于加速度传感器信号反馈的非线性控制算法,在理论上分析其稳定性和优越性.由于加速度传感器和压电驱动器或电动机的异位配置带来的相位滞后导致控制系统为非最小相位系统,在提出的加速度反馈控制算法中通过移相技术进行补偿相位滞后,并结合低通滤波器和正位反馈控制以及非线性逻辑积分阻尼器对系统的振动进行快速抑制,尤其抑制平衡点附近小幅值振动.设计并建立压电挠性智能结构试验平台,利用加速度传感器、压电片和交流伺服电动机驱动器抑制挠性结构振动,对提出的控制方法进行试验比较研究.试验结果表明,采用提出控制方法能够快速地抑制系统的振动,尤其能够快速抑制平衡点小幅值的振动.     

基于ADAMS航天器太阳帆板展开与锁定动力学仿真

太阳帆板展开与锁定是航天器入轨后的重要操作之一,正确分析和预测柔性太阳帆板在展开与锁定过程对航天器本体姿态运动的影响是十分必要的。首先利用ANSYS有限元软件建立太阳帆板的有限元模型作为ADAMS中的柔性体,然后基于ADAMS建立了柔性太阳帆板在两种典型常见展开方式下的动力学仿真系统,一种展开方式为两侧太阳帆板同时展开;另一种展开方式为先展开一侧太阳帆板,经过一段时间稳定后再展开另一侧,分别仿真分析了这两种展开方式下太阳帆板展开与锁定过程的动力学性能以及航天器本体的姿态变化;设计了一种太阳帆板锁定机构,仿真结果表明这种锁定机构满足功能设计要求,对工程设计有一定的参考意义。     

形状记忆合金增强弹性梁主动振动控制中的驱动器布局研究

以往对形状记忆合金结构振动控制的研究通常限于均匀对称外铺层SMA驱动器的情况，而对其他驱动器布局方式研究较少。本文通过理论分析和实验测试对SMA驱动器在复合材料主动控制中的布局进行研究，除了对振动抑制进行研究外，还对利用SMA驱动器对结构进行激励进行了探讨，最后指出了SMA驱动器在应用上存在的问题和相应的改进方法。     

模糊滑模控制的悬臂梁振动主动控制的研究

采用压电元件作为传感器和驱动器,基于模糊滑模系统的基本原理,设计了模糊滑模控制器,对挠性悬臂梁进行了主动振动控制。对悬臂梁末端施加控制前后端点的振动响应曲线进行了比较,仿真结果表明,采用的控制器对于提高悬臂梁振动控制是非常有效的。     

基于复合喷气压电驱动器的柔性机械臂振动控制

空间机器人和大型柔性空间结构在航天器调姿、变轨、外部扰动的情况下将引起振动问题,其低频大幅值振动将持续很长时间,这将影响航天器系统的稳定性和控制精度.为了快速抑制低频大幅值振动及残余振动,提出采用复合可控反作用力幅值的喷气式驱动和压电陶瓷驱动方案进行振动控制.进行基于复合控制的柔性臂系统动力学建模并给出控制算法.设计并建立柔性机械臂试验平台,构建气动驱动控制回路及压电驱动控制回路.进行基于压电陶瓷驱动器、喷气式驱动器及复合喷气和压电驱动器的柔性臂大幅值低频模态振动控制的几种方法试验比较研究.试验结果表明,采用的控制方案和方法既可以快速地抑制柔性机械臂统的低频大幅值振动,又明显地同时抑制高频和低频小幅值残余振动.     

光纤机敏结构振动形态感知及其SMA致动控制

以模拟太空帆板结构为试验模型,针对振动状态监测与主动控制技术需求,着重进行柔性光纤机敏结构振动形态感知及其形状记忆合金(SMA)致动控制研究。技术方法上基于分布植入式FBG传感网络的信息感知特性与结构形态曲面拟合算法,实现结构分布多点曲率检测与形态重构,并为基于SMA致动的结构振动主动控制提供判决依据;基于结构表面分布配置的SMA驱动网络,采用分组交替驱动方式实现结构低阶模态大幅振动主动控制;设计试验模型结构与构建完整试验测控平台,并综合阐述了试验方案与试验过程。试验结果验证了结构振动形态感知的有效性,以及结构振动SMA致动控制的可行性和高效性,为航天柔性结构低阶模态振动主动监控提供了较好的技术探索思路。     

发射阶段着陆器及关键机构动力学分析

针对着陆器在发射阶段会经历复杂而恶劣的动态环境,研究了发射阶段着陆器及关键机构收拢状态下的动力学特性。首先基于物理样机模型建立了着陆器、月球车、太阳电池帆板等机构的有限元模型;其次采用MSC.Patran/Nastran对上述着陆器整机模型进行了模态分析,研究了着陆器收拢状态下振动的固有频率及振型;最后,基于发射阶段运载火箭特定激励对着陆器整机特性进行了频响分析。研究结果表明,着陆器发射过程中,振动以着陆腿及太阳电池帆板弯曲振动为主,通过频响分析预测了着陆器收拢状态结构设计薄弱环节,研究结果可为着陆器结构改型及提高可靠性提供设计参考。     

用形状记忆合金弹簧主动控制转子振动

选择形状记忆合金（shape memory alloy,SMA）制作的弹簧元件作为转子系统的弹性支承，研究对转子振动的主动控制。利用SMA近似的应力－应变－温度的多项式模型，推导出SMA弹簧的非线性恢复力模型。运用简化的势和学模型，建立SMA弹簧的温度控制系统，以电流加热的方法改变SMA的温度。在数值仿真中，设计了给定温度曲线，计算出电流功率，并验证了改进后系统的振动抑制效果。仿真结果表明该方法能将转子最大振幅减少30％以上。     

Active Vibration Control of SMA Actuated Structures using Fast Output Sampling Based Sliding Mode Control

Abstract

Fast Output Sampling (FOS) based discrete sliding mode control is designed for Shape Memory Alloy (SMA) actuated structures to suppress the structural vibration. For the design of discrete sliding mode control the reaching law, method proposed by W. Gao is used. The simulation results demonstrate the performance of the controller. The proposed control technique achieves good vibration suppression. This methodology is more practical and easier to implement, since the measurement or estimation of the system states is not needed for designing the controller.     

SMA机敏结构交替驱动恒流源及其振动控制

研究了形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)机敏结构的振动主动控制,为克服SMA的热滞效应,提高SMA的动态响应速度,提出一种交替驱动SMA驱动组元的控制方案,设计与开发一种多路宽量程SMA交替驱动恒流源.在简要介绍研究背景与设计思路的基础上,以控制器PIC18F4620单片机和高电压大功率功率放大器OPA549为核心,详细阐述恒流源系统构成与核心部件、系统软硬件设计思路、功能指标和开发过程.通过构建实验模型结构和实验平台,进行了基于交替驱动SMA机敏柔性结构振动主动控制实验.实验结果表明,该驱动恒流源具有稳定恒流控制效果,结合SMA机敏结构交替驱动方案实现结构振动主动控制效果良好,并适用于其他需要多路大电流恒流源的科研场合.     

Free vibration studies on typical large flexible spacecraft appendages under vacuum conditions

This paper deals with theoretical and experimental investigations on the free vibration characteristics of representative large flexible solar array appendages used in spacecrafts under vacuum environmental conditions prevailing in space. Eight different configurations of solar panels with varied flexibility and surface area have been studied. The theoretical results, namely the modal parameters, have been correlated with results from experiments. These are performed on solar arrays of different configurations under varied parameters of panel flexibility, vacuum and amplitudes of vibration.     

基于ADAMS对柔性太阳能帆板的振动分析

通过建立的卫星模型,利用Adams/vibration模块对卫星柔性的太阳能帆板展开后进行振动分析,得出太阳能帆板的振动模态和特征值,以及频率响应曲线,通过分析得出系统的最大振型,为以后卫星结构和参数进行优化设计提供了依据。     

转子系统中形状记忆合金的非线性性能分析

选择形状记忆合金(shape memory alloy，SMA)制作的弹簧元件作为转子系统的弹性支承，研究对转子振动的主动控制。采用电流加热控制记忆合金元件的相变，进而控制转子的振动。讨论了记忆合金因受热而引起的热应力和热弹性的非线性耦合问题，用摄动法对非线性方程进行求解，避免直接假设线性化所引起的误差，提高了解的精度。仿真结果表明数值计算解与理论解符合的良好。     

基于MCS-51的太阳能量板自动追日系统的设计

通过设计一种基于51单片机的高效自动追日控制板,提高了太阳能量板的光伏转化效率,同时实现光伏电池的自动管理和维护,在控制板的设计中加入了RS485和CAN总线,使太阳能发电的阵列化成为了可能,从而提高了转化效率,降低了能耗。